大跨度钢结构厂房施工安全风险分析及控制措施研究

作者简介：程容琴（1981-），女，高级工程师。研究方向为钢结构施工。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.033

摘" 要：钢结构因其能够实现的结构跨度大、重量较轻、结构类型丰富、施工速度相对较快，在工业建筑中得到广泛的应用，尤其是在大跨度厂房中得到有效应用。但是大跨度钢结构厂房施工不同于传统的钢筋混凝土结构，其存在着新的特征和安全风险，要保证大跨度钢结构厂房施工活动的安全开展，就需要在施工活动开始之前以及施工过程中有效地对于这些安全风险进行识别，并采取合理的控制措施。该文以佛山港了哥山港区本港作业区码头二期工程（A区）项目为例，就大跨度钢结构厂房施工过程中的安全风险识别以及相应的控制措施进行研究和探讨。

关键词：大跨度钢结构；施工安全；安全风险；混凝土；安全保障措施

中图分类号：TU758.11" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）21-0140-05

Abstract： Due to its large span， light weight， rich structural types and relatively fast construction speed， steel structure has been widely used in industrial buildings， especially in long-span factory buildings. However， the construction of long-span steel structure factory building is different from the traditional reinforced concrete structure， which has new characteristics and safety risks. In order to ensure the safe development of the construction activities of long-span steel structure factory building， it is necessary to effectively identify these safety risks before and during the construction process， and take reasonable control measures. Taking the second phase of the wharf project （zone A） in the Liaoge Mountain port area of Foshan as an example， this paper studies and discusses the safety risk identification and corresponding control measures in the construction of long-span steel structure factory building.

Keywords： long-span steel structure; construction safety; safety risk; concrete; safety measures

相较于钢筋混凝土结构而言，大跨度钢结构厂房的施工速度更快，但是在其施工过程中，安全仍然是一个不可忽视的问题，大跨度钢结构厂房仍然会面临诸多的施工安全风险。相较于钢筋混凝土结构而言，大跨度钢结构在施工材料、工艺流程等方面都存在较大差异，由此而带来的施工安全风险点也有所不同，因此在进行大跨度钢结构厂房施工的过程中，就必须要结合其实际特征，采取有效的施工安全防控措施，避免安全事故的发生。

1" 大跨度钢结构厂房特征分析

对于大跨度钢结构厂房而言，一方面其拥有因材料和结构特性而带来的优势，另一方面其也同其他的建筑结构一样拥有缺点与不足。首先，大跨度钢结构厂房因其所使用到的材料的力学性能较好，所以使得整个厂房结构的安全性和可靠性更高，因为钢材具有较高的强度和塑性，所以由其所建造而成的大跨度钢结构厂房在面对地震、大风等自然灾害时，结构能够更好地吸收能量，从而确保厂房的安全和稳定[1]。而且对于大跨度钢结构厂房而言，其相较于同样跨度的钢筋混凝土结构厂房，所使用到的构配件的数量更少，同时各个构配件的体积也更小，这就使得大跨度钢结构厂房的空间利用率得以大大提升。除此之外，大跨度钢结构厂房在对厂房内部的管线进行布设时，相较于钢筋混凝土结构也更为方便，传统钢筋混凝土结构在进行管线布设时需要避免对承重构件进行开孔或开槽，且还需要对管线进行隐藏，因此使得管线的布设较为不便，而大跨度钢结构厂房因其填充墙体并不承重，同时所使用到的型钢材料也便于开孔，所以使得管线的布设更加方便[2]。

虽然大跨度钢结构厂房有着许多的优势，但是其缺点也不容忽视。首先，大跨度钢结构厂房在施工过程中对于施工场地、施工设备以及施工人员都有着更高的要求，从构件特征来看，大跨度钢结构厂房大量构件的细长比相较于钢筋混凝土构件要更大，所以使得这些构配件的制作、安装难度有所增加，因而也就对于施工人员以及施工场地提出了更高的要求，除此之外，在大跨度钢结构厂房施工的过程中，会涉及许多大尺寸构配件的运输和吊装，这些构配件的长度往往较长，且重量较重，会应用到大量的吊装设备，因而也就对于施工提出了更高的要求[3]。其次，大跨度钢结构厂房的耐火性更差，大跨度钢结构厂房自身的钢材虽然不会燃烧，但是由于是厂房结构，其内部往往会涉及高温高热的环境，而钢结构在温度超过一定限值时，其力学性能会发生大幅度的变化，如在200 ℃时，钢材的塑性、承载力会大大衰减，而在超过500 ℃时，整体结构就可能发生失稳，所以使得大跨度钢结构厂房的耐火性能相对较差[4]。

2" 工程概况

本项目为佛山港了哥山港区本港作业区码头二期工程（A区），项目位于佛山市顺德区杏坛镇顺德新港西侧，本项目主要包括1号生产货物仓库和2号生产货物仓库2个单位工程，工程内容包含钢结构加工制作、涂装、运输、安装、高强螺栓链接、屋面墙面金属板及门窗安装等。其中1号生产货物仓库建筑面积为11 500 m2，基底面积为11 500 m2，建筑为单层结构，总高度15.65 m，采用单层门式钢架结构，基础采用PHC管桩基础，构件连接采用螺栓连接、铰接、焊接。2号生产货物仓库建筑面积为1 1804 m2，基底面积为11 660 m2，其余结构及特征与1号生产货物仓库相同。本项目1号生产货物仓库和2号生产货物仓库效果图如图1所示。

3" 项目安全风险因素分析

本项目1号生产货物仓库和2号生产货物仓库在施工过程中，所面临的主要安全风险来自4个方面，分别是临时用电、焊接切割、钢结构吊装和屋面板与墙板安装。

3.1" 临时用电风险

首先，由于本项目2个仓库的建筑面积均较大，在施工过程中许多作业面都需要临时用电，因此临时用电线缆存在多且长的特征，较为容易出现线缆裸露在外的情况。其次，在施工现场为满足临时用电的需求会设置较多的配电箱，配电箱可能出现私拉乱接的情况，从而存在安全隐患。临时用电安全风险还可能来自作业人员的误操作，作业人员的误操作可能引发触电、火灾等安全事故。

3.2" 焊接作业风险

大跨度钢结构厂房施工与普通钢筋混凝土结构施工的一个显著区别就在于会涉及大量的焊接作业，而且钢结构施工过程中会应用到气焊、电焊等多种焊接方式，而气焊会涉及对乙炔、氧气的使用，如果作业现场对于气体的管理不到位，十分容易导致火灾事故的发生，同时如果采用电焊，对于电气设备的管理不到位也可能会导致电击及火灾事故的发生[5]。此外，由于在大跨度钢结构厂房施工过程中，会涉及许多对于大尺寸钢构件的焊接，而在对于这些大尺寸钢构件进行焊接的过程中，如果采取的临时固定措施不到位或失效，可能导致在焊接过程中这些大尺寸构件失稳，进而发生侧翻或倒塌，引发安全事故。本项目在焊接切割过程中也存在一定的安全风险。本项目因涉及大量的钢构件连接，所以在施工过程中会进行大量的焊接切割作业，焊接切割作业需要依赖于专业的技术人员，因此需要所有的操作人员经过考核培训合格之后持证上岗进行操作，同时在焊接作业点也有可能由于焊接作业引发火灾，从而导致安全事故的发生。此外，本项目还涉及高处焊接，使得焊接切割的安全风险进一步增加。

3.3" 吊装作业风险

在进行大跨度钢结构厂房施工的过程中，不可避免地会对檩条、钢梁等钢构件进行吊运，而进行材料的吊运往往十分容易引发安全事故，如果在施工过程中没有严格对吊运作业现场进行管理，在材料起吊的过程中可能会误碰到现场人员，从而导致安全事故的发生。同时，如果对吊运材料的固定和绑扎不到位，在吊运过程中材料可能发生脱落，从而砸伤现场作业人员，也会导致安全事故的发生。在钢结构吊装过程中，安全风险主要来自起重设备以及人员操作，吊装用钢丝绳如质量不佳，可能出现钢丝绳断裂、滑索等问题，同时如果对于钢构件吊点的选择不当，也有可能导致在吊装过程中出现吊装设备失稳或钢构件掉落等安全事故。

3.4" 高空作业风险

无论是双层还是单层的大跨度钢结构厂房，在施工过程中往往都会涉及高空作业，而大跨度钢结构厂房又不同于钢筋混凝土结构，在进行高空作业的过程中，往往缺乏安全有效的高空作业平台，从而使得危险程度有所增加[6]。对于大跨度钢结构厂房而言，其高空作业往往更加容易发生高坠事故，如果施工现场缺乏有效的监督和管理，十分容易出现作业人员违规操作，如在钢梁上行走、不正确佩戴安全绳等，这些因素都有可能导致高空作业时发生安全事故。而且由于厂房结构的跨度较大，高空作业的时间往往更长，就会进一步增加安全事故发生的可能性。本项目屋面板采用820型单层压型彩钢板，外墙标高1.2 m以下240 mm厚灰砂砖墙，1.2 m以上为彩色压型钢板，板材厚度为0.6 mm，屋面板在现场轧制成型，高空压瓦车作业可能导致安全事故的发生。同时本项目在屋面板及墙面板安装过程中由于涉及大量的高空作业，如果作业人员未严格穿戴安全防护用品并挂好安全带，也可能导致高坠事故的发生，尤其是本项目在墙板安装时会应用到井字梯，如果捆绑不牢靠，施工过程中也可能会发生坠落事故。

4" 大跨度钢结构厂房施工安全风险控制措施

4.1" 加强施工监测

结构监测对于防范大跨度钢结构厂房施工安全事故的发生有着非常重要的意义，因此在施工程中必须要加强对钢结构的监测，及时发现监测数据所存在的异常，从而及早采取应对和处理措施。首先对于监测方案的制定必须要结合钢结构的实际特征，结合钢结构设计方案、施工方案以及水文地质信息综合进行施工监测方案的制定，以使得监测方案能够与项目高度匹配，在监测过程中具有良好的可操作性[7]。因大跨度钢结构厂房的跨度往往较大，所以对于跨中区域必须要加强监测，避免跨中出现过大的挠度。其次，对于立柱、钢梁等钢构件受力较大的部位以及应力集中点也应加强监测，及时掌握这些薄弱部位的力学响应数据，从而通过分析发现是否存在安全隐患。

4.2" 加强施工管理

由于钢结构涉及大量的钢构件，部分钢构件尺寸较大且重量较重，因此在施工过程中要规避安全事故的发生，还必须要加强对于施工过程的管理。大跨度钢结构厂房施工过程中，需要关注其桁架柱、主桁架、顶面结构和立面结构4个方面的施工，桁架柱由于其高度较高，且重量较重，所以在施工过程中可能由于吊运、临时固定等因素而导致安全事故的发生，因此在施工过程中必须要做好相关的防护措施[8]。对于主桁架，由于其吊装高度相对较高，且桁架尺寸也较大，在吊装过程中极易出现安全事故，同时主桁架的安装往往涉及高处作业，也十分容易出现高坠事故，因此也必须要加强对主桁架施工过程的管控，避免安全事故的发生[9]。对于顶面以及立面结构，由于涉及的施工作业量较大，且还涉及焊接、吊运、高处作业等多个安全风险因素，所以必须要在施工过程中加强对于施工活动的管理，避免顶面结构和立面结构施工过程中出现安全事故。

4.3" 临时用电安全保障措施

为确保本项目施工过程中的临时用电安全，在施工过程中建立了临时用电施工组织设计和安全用电技术措施的编制、审批制度，并建立相应的技术档案。同时在施工时严格按照设计要求进行技术交底，通过交底向专业电工、各类用电人员明确临时用电施工组织设计和安全用电技术措施，并在技术交底文字资料上履行交底人和被交底人的签字手续。同时，从临时用电工程开始，定期对临时用电工程进行检测，主要检测内容包括接地电阻值、电气设备绝缘电阻值、漏电保护器动作参数等，以判定临时用电设备及线路是否正常。除此之外，在项目实施过程中加强对电器的日常和定期维修工作，及时发现和消除隐患。建立巡回检查和评估制度，工地电气装置安装和使用情况变化频繁，除使用前的检验外，使用过程中每天进行巡查，及时发现安全隐患。最后在工程竣工后，临时用电工程的拆除应由统一的组织指挥，并规定拆除时间、人员、程序、办法、注意事项和防护措施等。

4.4" 焊接切割安全保障措施

本工程焊接量较大，主要为钢平台柱梁节点翼缘板、支撑、楼梯梁柱，焊接板厚6～30 mm，材质均为Q355B，焊接难度较大，在进行焊接切割作业过程中，主要会应用到交直流电焊机二氧化碳焊机、熔焊栓钉机、焊条烘箱、空压机和半自动切割机等机械设备，在对这些焊接切割设备进行使用之前，均严格对所有设备的电气安全性能进行检查，确保设备安全可靠后才能够投入使用。在焊接的过程中，通过增加CO2气体流量保护，提高抗风能力，形成对焊接熔池的渣-气联合保护，并且严格对层间温度加以控制，从而避免因焊接高温导致的安全事故。

4.5" 钢构件吊装安全保障措施

本项目在进行钢构件吊装过程中，所涉及的大型构件主要包括钢柱和钢梁，在进行本项目H型钢柱吊装的过程中，首先根据钢构件的重量及吊点情况，准备足够的不同长度、不同规格的钢丝绳以及卡环，并在柱身上绑好爬梯，焊接好安全环，以便于下道工序的操作人员上下。钢柱吊点设置在钢柱的顶部，采用专用夹具夹住柱顶封头板或者用锁扣扣住连接板，本项H型钢柱吊装示意图如图2所示。在选取钢柱吊装用钢丝绳时，为确保吊装过程中钢丝绳不会发生断裂，采用式（1）对钢丝绳的拉力值进行计算

F=，（1）

式中：F为一根钢丝绳的拉力（kN）；G为构件重量（kN）；n为选用的吊索数；β为吊索与垂直线之间的夹角。

同时为了保证起重作业的安全，在计算钢丝绳的允许拉力时还需要根据不同用途选取相应的安全系数，钢丝绳的安全系数选取参见表1，最终本项目钢柱吊装用钢丝绳的最大允许拉力计算如式（2）所示

[Fg]=，" "（2）

式中：[Fg]为钢丝绳的允许拉力（kN）；Fg为钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；a为换算系数；k为钢丝绳的安全系数。

钢柱吊装应按照各分区的安装顺序进行，采用高空作业车进行安装，钢柱安装完成后，及时安装邻近的钢梁，形成稳定的框架体系，当钢柱无法形成稳定框架时，采用拉缆风绳的方式对钢柱进行临时固定，以避免钢柱倾倒引发安全事故。

图2" H型钢柱吊装示意图

表1" 不同用途钢丝绳的安全系数

4.6" 屋面板及墙面板施工安全保障措施

为保障屋面板及墙面板施工的安全，在作业过程中，正在安装的屋面板及墙面板同一垂直方向上不允许其他作业人员进行作业，对于下方的施工人员不允许处于上层作业可能的坠落半径之内。在高空压瓦车周围设置警戒区域避免对其他人员造成伤害，同时在板材安装过程中严格要求所有作业人员穿戴安全防护用品，并挂好安全带。对于井字梯，在使用之前严格检查其上中下部位是否捆绑牢固，并且采用防坠器作为安全防护。

5" 结束语

在本文的研究中，主要针对大跨度钢结构厂房施工安全风险以及控制措施进行了相关的研究，首先分析了大跨度钢结构厂房的特征，明确了大跨度钢结构厂房具有建筑重量更轻、结构的安全性和可靠性更高、空间利用率更高和管线布设更方便等优势，以及其施工对于施工场地、施工设备以及施工人员有更高的要求、耐火性更差和整体运输成本高等缺点。然后结合佛山港了哥山港区本港作业区码头二期工程（A区）项目实例，对大跨度钢结构厂房施工过程中的材料吊运、高空作业、焊接作业等方面的安全风险因素进行了分析。最后，有针对性地提出了加强施工监测、临时用电安全保障措施、焊接切割安全保障措施、钢构件吊装安全保障措施、屋面板及墙面板施工安全保障措施等方面的风险控制措施，以期能够为大跨度钢结构厂房施工安全风险的控制提供一定的参考。

参考文献：

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